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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of the hyper-adaptation mechanism by reconstruction of bio-structure and challenges for prevention of decline in latent adaptive capacity

Planned Research

Project AreaHyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
Project/Area Number 19H05723
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

伊佐 正  京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 内藤 栄一  国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信融合研究センター, 室長 (10283293)
浅田 稔  大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任教授 (60151031)
中野 英樹  京都橘大学, 健康科学部, 准教授 (60605559)
相澤 秀紀  広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (80391837)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords機能回復 / 可塑性 / 脊髄損傷 / 脱抑制 / 霊長類 / ニューロモジュレーション / 巧緻運動 / 皮質脊髄路
Outline of Annual Research Achievements

2022年度までの研究において、通常であれば上肢の到達把持運動は回復しない中部頚髄亜半切を受けたマカクザルにおいて、訓練と週一回の両側運動関連領域への広汎かつ多数の電気刺激によって1-2か月で急速に到達運動と粗い把持運動が回復すること、そしてその際に多くの損傷反対側由来の皮質脊髄路線維が錐体交叉で進路を変えて損傷反対側の頚髄を下行し、損傷尾側で脊髄正中を交叉して損傷側の運動ニューロンに再接続することを見出した。2023年度はこれらの皮質由来の下行性線維が損傷同側の被殻に加えて損傷反対側の被殻への投射線維を増加させること。同様に小脳前核である橋核と延髄の外側網様核に対しても、通常の投射でない側への投射を増加させることを見出した。このことは、損傷同側の運動野を含む皮質―基底核ループや皮質―小脳ループを運動の実行に動員することに作用したのではないかと考えられる。このように、皮質脊髄路のように運動の実行に直接に関与する経路に加えて上位脳においても様々な可塑性が起きて機能回復を支えていることが明らかになったのは、機能回復を考える上で新しい視点と言える。
また、より損傷が小さい側索損傷モデルでは、手指の巧緻運動はほぼ完全に回復する。その際に回復初期において損傷同側の運動関連領域の働きが重要であることはこれまでに示してきたが、その損傷同側の運動関連領域を活性化する信号は損傷反対側の運動前野から脳梁を介して投射されることをウイルスベクター2重感染法で解析し、論文を投稿したが、組織学と運動起動の解析が足りないという指摘を受けたので解析の追加を行っている。
他方で当初の論文は投稿したが、対照実験がr足りないとの指摘を受けたので、本年度、中部頚髄亜半切モデルサルで訓練と電気刺激を加えないサル2頭を対照群として追加し、再投稿の準備をしている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 16 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Balancing risk-return decisions by manipulating the mesofrontal circuits in primates2024

    • Author(s)
      Sasaki Ryo、Ohta Yasumi、Onoe Hirotaka、Yamaguchi Reona、Miyamoto Takeshi、Tokuda Takashi、Tamaki Yuki、Isa Kaoru、Takahashi Jun、Kobayashi Kenta、Ohta Jun、Isa Tadashi
    • Journal Title

      Science

      Volume: 383 Pages: 55~61

    • DOI

      10.1126/science.adj6645

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] How to study subjective experience in an animal model of blindsight?2024

    • Author(s)
      Yu Xiyao、Yamaguchi Reona、Isa Tadashi
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 201 Pages: 39~45

    • DOI

      10.1016/j.neures.2023.09.001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Visuomotor coordination and cognitive capacity in blindsight2023

    • Author(s)
      Takakuwa Norihiro、Isa Tadashi
    • Journal Title

      Current Opinion in Neurobiology

      Volume: 82 Pages: 102764~102764

    • DOI

      10.1016/j.conb.2023.102764

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reorganization of Corticospinal Projections after Prominent Recovery of Finger Dexterity from Partial Spinal Cord Injury in Macaque Monkeys2023

    • Author(s)
      Sawada Masahiro、Yoshino-Saito Kimika、Ninomiya Taihei、Oishi Takao、Yamashita Toshihide、Onoe Hirotaka、Takada Masahiko、Nishimura Yukio、Isa Tadashi
    • Journal Title

      eneuro

      Volume: 10 Pages: 0209~23

    • DOI

      10.1523/ENEURO.0209-23.2023

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Visualizing advances in the future of primate neuroscience research2023

    • Author(s)
      Janssen Peter、Isa Tadashi、Lanciego Jose、Leech Kirk、Logothetis Nikos、Poo Mu-Ming、Mitchell Anna S.
    • Journal Title

      Current Research in Neurobiology

      Volume: 4 Pages: 100064~100064

    • DOI

      10.1016/j.crneur.2022.100064

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Preferential arborization of dendrites and axons of parvalbumin- and somatostatin-positive GABAergic neurons within subregions of the mouse claustrum2023

    • Author(s)
      Takahashi Megumu、Kobayashi Tomoyo、Mizuma Haruhi、Yamauchi Kenta、Okamoto Shinichiro、Okamoto Kazuki、Ishida Yoko、Koike Masato、Watanabe Masahiko、Isa Tadashi、Hioki Hiroyuki
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 190 Pages: 92~106

    • DOI

      10.1016/j.neures.2022.11.008

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 機能回復の脳科学 -残された脳を活かすには-2024

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      兵庫県理学療法士会 研修部主催1Day セミナー 「神経リハビリテーションの未来を考える」
    • Invited
  • [Presentation] Large-scaled network reorganization during recovery from partial spinal cord injury in primates2024

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      OIST International Symposium “Sensorimotor circuit for limb control”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Roles of mesolimbic and mesocortical dopaminergic pathways for motor recovery and decision making2024

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      ITMAT Kyoto University International Symposium “Biology of Human Diseases Comes of Age”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 脳神経回路とその損傷後の神経機能回復機構2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      43回日本脳神経外科コングレス総会
    • Invited
  • [Presentation] Large-scaled adult brain plasticity for recovery after spinal cord injury2023

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      Neuro-BRB (Breach the Research Barrier) 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Neural circuits and cognitive capacity underlying blindsight in monkeys2023

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      ystems Vision Science Summer School & Symposium, Tuebingen
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 機能回復の脳科学2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      第17回 Motor Control研究会
    • Invited
  • [Presentation] Large-scale adult brain plasticity for recovery after spinal cord injury in primates2023

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      Benzon symposium no. 67, Copenhagen
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interhemispheric interaction for recovery after the spinal cord injury2023

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      Systems Neuroscience Symposium 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 脊髄損傷からの回復過程を可視化・操作する2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      第51回日本核磁気共鳴学会(軽井沢)シンポジウム「最先端脳科学研究とMRI研究の未来」
    • Invited
  • [Presentation] 脊髄損傷後における運動野の大規模可塑性の誘導2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      第5回日本スティミュレーションセラピー学会学術大会
    • Invited
  • [Presentation] Large-scale plasticity of motor circuits after spinal cord injury in primates2023

    • Author(s)
      Tadashi Isa
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Hyper-Adaptability (HypAd2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 脳を活かす・・・成熟脳の大規模可塑性とその限界2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      第13回CiNetシンポジウム「人の適応力を伸ばす脳情報通信研究」
    • Invited
  • [Presentation] 側坐核・中脳辺縁系による運動機能回復・意思決定の制御2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      北海道大学脳科学研究教育センター創立20周年記念シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 脳の広汎な脱抑制による損傷後の機能回復促進機構2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      第53回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Invited
  • [Presentation] どのようにして可塑性を誘導するのか?2023

    • Author(s)
      伊佐正
    • Organizer
      第28回日本基礎理学療法学会学術大会
    • Invited
  • [Book] Vectorology for optogenetics and chemogenetics2023

    • Author(s)
      Vanduffel W, Isa T
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      Springer Protocols

URL: 

Published: 2024-12-25  

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